施用不同类型生物质炭对红黄壤团聚体碳氮分布的影响

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施用不同类型生物质炭对红黄壤团聚体
碳氮分布的影响
顾　钊１，陈小磊２，江建峰３，杨海峻３，李子川１，张　睿１，袁梦婷１，柴彦君１
（１．浙江科技学院环境与资源学院，浙江杭州３１００２３；２．浙江省地质院，浙江杭州３１１２０３；
３．浙江省衢州市衢江区农业技术推广中心，浙江衢州３２４０２２）
摘要：于２０１８—２０２０年开展定位试验，在同一温度（３５０℃）下热裂解的玉米秸秆炭、水稻秸秆炭、猪粪炭分别以０、０．７５％、２．２５％的添加量施入种植油菜—玉米的新垦红黄壤农田中，研究不同类型的生物质炭及其不同施用量对土壤团聚体粒径分布、碳氮分布规律的影响。

结果表明，不同类型的生物质炭及其不同施用量对土壤团聚体粒径分布均未产生显著的影响。

与对照（ＣＫ）相比，各施炭处理中猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）对各粒径团聚体中全氮含量的提升最为显著，在＞０．２５０、０．２５０～０．０５３、＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中分别显著提高１０６．４９％、３２．８２％、７８．５７％（Ｐ＜０．０５）。

施用生物质炭显著提升了红黄壤各粒径团聚体中有机碳含量，＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中２ ２５％施用量的玉米秸秆炭（ＣＳＢ２）、猪粪炭（ＰＭＢ２）提升效果最好，分别提高３０８．４０％、３２８．４６％。

在＞０．２５０ｍｍ与０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体重组组分中，猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）对于全氮含量提升效果最显著，其他施炭处理相比对照（ＣＫ）均显著提升了全氮含量但是不显著。

猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）对于＞０．２５０、０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体重组组分有机碳含量提升最明显，＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中玉米秸秆炭２．２５％施用量处理（ＣＳＢ２）提升最高，猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）次之。

团聚体与重组碳氮比在＞０．２５０、＜０．０５３ｍｍ２个粒径团聚体中均是玉米秸秆炭２．２５％施用量处理（ＣＳＢ２）下最高，且＞０．２５０、０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径中重组碳氮比显著高于原土。

原土和重组中碳氮比与贡献率之间仅在＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中存在显著弱相关，在其他粒径团聚体中均不相关。

说明新垦红黄壤农田中施用生物质炭２年后，土壤中碳氮等理化性质受到了生物质炭引发的激发效应，但是未影响土壤团聚体分布。

关键词：生物质炭；粒径；团聚体；碳氮比；重组；有机碳；全氮；红黄壤
中图分类号：Ｓ１５２．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２４）０１－０２４０－０８
收稿日期：２０２３－０２－１４
基金项目：浙江省公益计划（编号：ＬＧＮ１８Ｄ０１０００４）；浙江省自然资源厅科技项目（编号：
２０２２－８３）。

作者简介：顾　钊（１９９８—），男，山东滨州人，硕士研究生，研究方向为生物质资源利用。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｚｈａｏ１１２＠１６３．ｃｏｍ。

通信作者：柴彦君，博士，副研究员，研究方向为退化与污染农田的改良与修复。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈａｉｙａｎｊｕｎ＠ｚｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

土壤团聚体为土壤结构的最基本单元［１］。

不
同粒径的团粒组合影响着表土层的土壤结构，综合
协调着土壤水分循环与养分分布［２］
，团聚体稳定与
否反映土壤是否具备优异的适于农业生产的土壤
结构［３］。

土壤有机碳作为团粒结构的胶结物质之一［
４］
，与土壤中碎散腐殖质、菌丝等多种物质胶结而成的团粒结构在外力挤压的影响下形成了土壤的稳定状态。

团聚体固相骨架所具有的高孔隙度
特点不但为微生物提供更适宜的栖息环境［５］
，也对
内部有机碳形成物理保护以有效减少与外界的接触面积，降低土壤有机物质的矿化与分解，促进土壤有机碳固持。

因此，土壤碳固存与养分保持等生态功能和土壤团聚体结构的调控密切相关［６］。

人类的耕作活动将大团聚体破碎化，使内部有机碳被微生物等消耗分解［７］，而外施生物质炭等富碳物料能促进团聚体胶结，可显著降低耕作活动对于团粒稳定结构的影响［８］，新垦土地作用更加明显。

施用生物质炭会造成植物根际的激发效应，同时土壤结构与团聚体粒径分布也会影响根际激发效应的方向和强度，多种潜在机制相互影响造成根际土壤碳氮比的动态变化。

目前，生物质炭激发效应与土壤性质之间的关系尚无定论。

谭文峰等认为，大粒径微团聚体对有机碳的物理保护作用强于小粒径微团聚体，而小粒径微团聚体对有机碳的化学保护作用更能占据主导地位［９］。

在撂荒恢复的土地中，大团聚体有机碳含量的增加是由大团聚体总量的增加主导的，其次依赖于大团聚体有机碳含量的增加［１０］。

生物质炭在土壤中的长期固碳功能是其中最重要的功能［１１］。

与制炭的原生物质材料相比，由于生物质炭中的碳元素有着高度芳香化的特征［１２］，生物质炭在土壤中极为稳定，它的固碳时间可达数百年乃至数千年之久［１３］。

生物质炭的添加会对土壤质地、土壤性质以及土壤微生物群落等产生巨大的影响，通过间接改变土壤理化性质作用于土壤中原有机碳的矿化［１４－１５］。

废垦土地施入生物质炭等有机物料可以促进土壤中各密度组分中有机碳、氮的形成和积累，但更有利于土壤中胡敏酸和胡敏素等有机化合物的积累，从而有效提升土壤有机质的腐殖化水平，进一步提高土壤有机质的稳定性。

焦欢等发现，单施有机肥显著提高了复垦土壤轻组有机碳含量［１６］。

Ｔｏｎｇ等基于１７年长期定位试验发现，矿物结合有机碳是红壤主要的固碳组分，游离颗粒有机碳对于施肥处理具有极其敏感的响应［１７］。

Ｌｕ等研究发现，生物质炭在沙壤土中会引发负激发效应［１８］。

关于生物质炭施入土壤对土壤团聚体及其稳定性的研究仍存有较多争议。

付琳琳等在对水稻土一次施用生物质炭的３年定位研究中发现，生物质炭施用会对土壤团聚体中有机碳造成正向的积累作用，有机碳含量得到显著提升［１９］。

但也有研究表明，生物质炭的施用并不会对土壤中团粒胶结形成的大团聚体产生影响［２０］。

基于多种生物质炭施用试验对于土壤团聚体碳氮分布研究结果有着不同的结论。

生物质炭常为碱性，且对有机碳的研究并未消除生物质炭本身作为惰性碳源的影响。

本试验于２０１８—２０２０年通过田间微区长期定位试验，研究油菜—玉米下不同生物质炭在不同施用量下对新垦红黄壤农田土壤团聚体粒径分布、团聚体中原土与重组组分碳氮含量的影响。

１　材料与方法
１．１　试验区概况
定位试验始于２０１８年５月。

试验田位于浙江科技学院校内东南向的山谷中，属亚热带季风气候，年均温１７．３℃，年均降水量１４３７ｍｍ，年平均日照时数１６５７．９ｈ。

土壤为硅铁质砂岩风化壳发育形成的黄壤，种植制度为玉米（夏）—油菜（冬）。

供试土壤初始理化性质为：有机碳含量３．９３ｇ／ｋｇ，全氮含量１．０４ｇ／ｋｇ，全钾含量４．７３ｇ／ｋｇ，全磷含量５．０２ｇ／ｋｇ，ｐＨ值７．１７。

１．２　试验设计
本研究共设８个处理，３次重复，共２４个小区。

试验小区区划采用随机区组试验设计，每个小区净长６ｍ，宽３．５ｍ，面积为２１ｍ２，相邻小区通过水泥墙隔开，上部露土约１０ｃｍ。

８个处理分别为不施肥不施生物质炭（ＣＫ）、单施氮磷钾肥（ＮＰＫ）、玉米秸秆炭０．７５％与２．２５％施用量还田（ＣＳＢ１与ＣＳＢ２）、水稻秸秆炭０．７５％与２．２５％施用量还田（ＲＳＢ１与ＲＳＢ２）、猪粪炭０．７５％与２．２５％施用量还田（ＰＭＢ１与ＰＭＢ２）。

肥料施用量与常规施肥处理相同，玉米栽培季氮肥施用量为２２５ｋｇ／ｈｍ２，磷肥施用量为１２０ｋｇ／ｈｍ２，钾肥施用量为１８０ｋｇ／ｈｍ２；油菜栽培季氮肥施用量为１８０ｋｇ／ｈｍ２，磷肥施用量为９０ｋｇ／ｈｍ２，钾肥施用量为１２０ｋｇ／ｈｍ２。

生物质炭基本理化性质见表１。

表１　供试土壤所施生物质炭理化性质
生物质炭
类型
总碳含量
（％）
总氮含量
（％）
总硫含量
（％）
总氢含量
（％）
ｐＨ值
猪粪炭２９．０３２．６３０．５６２．９４８．２７玉米秸秆炭５２．３５１．１５０．２２２．３７５．１３水稻秸秆炭５４．１１０．８３０．１９２．６８５．３０１．３　样品采集与分析
采样时间为２０２０年９月上旬。

在玉米收获后
随机采集１０株玉米根系，取玉米根际土壤，混合均匀后为１个土壤样品，带回实验室。

将土样内植物残体、砾石等剔除减少试验误差，轻轻沿土壤自然裂缝掰开，避免破坏土壤结构，风干。

随后挑去细根与石块，用四分法后采集２５０ｇ土壤，用于筛分土壤团聚体，通过振筛器所放置的套筛将土样分离为不同粒径（＞０．２５０、０．２５０～０．０５３、０．０５３ｍｍ）的团聚体，再按照团聚体各组分占比将干筛土样配样后放入装有去离子水的水桶套筛中筛分出水稳性团聚体［２１］。

有机质组分的分离参考傅积平等的方法［２２］，通过使用１．８ｇ／ｃｍ３ＮａＩ溶液将水稳性团聚体分散并通过密度差异分离出重组部分，然后将重组土样研磨，过１００目筛，测定有机碳和全氮含量。

在此基础上计算碳氮比（Ｃ／Ｎ）和团聚体有机碳（全氮）贡献率。

Ｃ／Ｎ＝土壤中有机碳含量／土壤中全氮含量；
团聚体有机碳（全氮）贡献率＝该粒级团聚体中有机碳（全氮）含量×该团聚体含量／原土有机碳（全氮）含量×１００％。

１．４　数据计算与处理
采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２０１６进行数据处理，利用ＤＰＳ数据处理系统７．０５进行试验数据的统计分析，采用Ｄｕｎｃａｎ ｓ法在α＝０．０５水平进行差异显著性检验，使用ＧｒａｐｈＰａｄＰｒｉｓｍ绘制图形。

２　结果与分析
２．１　生物质炭施用对红黄壤土壤团聚体组成的影响
各处理下红黄壤团聚体粒径分布结果见表２。

土壤团聚体粒径分布主要以＞０．２５ｍｍ粒径团聚体为主，占比达４９．５９％～５７．３９％；其次为０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体，占比为２４．５０％～２８．２１％；＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体占比最小，仅占１５．６７％～２３．０７％。

各粒径团聚体占比在不同处理之间均未有显著性差异（Ｐ＜０．０５）。

表２　不同生物质炭施用后红黄壤土壤团聚体的粒径分布组成
处理
土壤团聚体占比（％）
＞０．２５０ｍｍ０．２５０～０．０５３ｍｍ＜０．０５３ｍｍ
ＣＫ５２．６３±５．８１ａ２５．９４±２．５４ａ２１．４２±７．６９ａＮＰＫ５２．７４±１０．３２ａ２７．１６±３．２７ａ２０．１０±７．４４ａＲＳＢ１５６．１６±５．９９ａ２４．６６±７．７３ａ１９．１８±５．７２ａＲＳＢ２４９．５９±７．１９ａ２８．２１±５．２１ａ２２．２０±６．２６ａＣＳＢ１５４．７６±６．５５ａ２５．３４±１．９５ａ１９．８９±８．４２ａＣＳＢ２５２．４３±９．００ａ２４．５０±２．２８ａ２３．０７±９．０１ａＰＭＢ１５７．３９±２．６５ａ２６．９４±２．２９ａ１５．６７±２．３２ａＰＭＢ２５５．３７±１０．０９ａ２８．０３±４．９６ａ１６．６０±５．９１ａ 注：同列数据后不同字母表示同一粒径下不同处理间差异显著（Ｐ＜０．０５）。

２．２　生物质炭施用对团聚体全氮与有机碳含量的影响
由图１可知，在红黄壤＞０．２５０ｍｍ与０．２５０～０ ０５３ｍｍ粒径团聚体中，所有处理全氮含量相比于对照（ＣＫ）均有提高。

生物质炭施用处理下，＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体全氮含量为１．３３～２．２３ｇ／ｋｇ，猪粪炭２ ２５％施用量处理（ＰＭＢ２）较对照差异最明显；０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体全氮含量为１．４５～１．７４ｇ／ｋｇ，猪粪炭２ ２５％施用量处理（ＰＭＢ２）最高；＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中全氮含量为０．４０～０．７５ｇ／ｋｇ，猪粪炭处理相比植物秸秆炭处理对此粒径全氮含量提升效果更好，相比对照（ＣＫ），猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）在＞０．２５０、０．２５０～０．０５３、＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中分别显著提高１０６．４９％、３２．８２％、７８．５７％（Ｐ＜０ ０５）。

从各处理团聚体有机碳含量统计结果（图２）可知，在＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中，猪粪炭２．２５％施用量处理（
ＰＭＢ２）与玉米秸秆炭２．２５％施用量处理（ＣＳＢ２）中有机碳含量较高，在＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中，２．２５％施用量的玉米秸秆炭处理（ＣＳＢ２）有机碳含量比对照提高３０８．４０％，２．２５％施用量的猪粪炭处理（ＰＭＢ２）比对照提高３２８．４６％，且所有施炭处理与对照（ＣＫ）相比有机碳含量均有显著提升。

而在０ ２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体中，水稻秸秆炭２ ２５％施用量处理（ＲＳＢ２）对有机碳含量的提升效果最佳，且所有施炭处理与对照（ＣＫ）相比有机
碳含量均有显著的提升效果，植物秸秆炭处理随着施用量的增加也显著提高了此粒径团聚体有机碳含量，而猪粪炭施用量对有机碳含量的提升效果相反。

在＜
０．０５３ｍｍ粒径团聚体中，施用０．７５％生物质炭（ＣＳＢ１、ＲＳＢ１、ＰＭＢ１）对于有机碳含量有显著的提升效果，但是这３个处理之间差异不显著；玉米秸秆炭２ ２５％施用量处理（ＣＳＢ２）对此团聚体有机碳含量提升最显著，猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）次之。

所有处理的有机碳含量都与对照（ＣＫ）
相比具有显著性提升。

２．３　生物质炭施用对团聚体重组全氮与有机碳含量的影响
各粒径团聚体重组组分中全氮含量（图３）显示，在＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体重组中，除对照（ＣＫ）以外，其他处理之间全氮含量没有显著性差异，且玉米秸秆炭０．７５％施用量处理（ＣＳＢ１）以外的所有处理中全氮含量均相比对照（ＣＫ）有显著提高；在０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体重组组分中，各处理的
全氮含量与对照相比均有提升，且除水稻秸秆炭２ ２５％施用量处理（ＲＳＢ２）以外均有显著性提升效果；＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体重组中的全氮含量在３种粒径团聚体中最高，除玉米秸秆炭０．７５％施用量处理（ＣＳＢ１）以外的所有处理中全氮含量均与对照（ＣＫ）有显著差异性（Ｐ＜０．０５）。

在所有粒径团聚体重组中，猪粪炭２．２５％施用量处理（ＰＭＢ２）的全
氮含量最高。

从团聚体重组有机碳含量（图４）可以看出，生物质炭的施用对于各粒径团聚体重组中有机碳含量的影响高于其对全氮含量的影响。

除＞０．２５０ｍｍ团聚体中猪粪炭０．７５％施用量处理（ＰＭＢ１）相比于对照
（ＣＫ）重组有机碳含量提升效果较小外，其他处理均对重组有机碳含量有着显著影响（Ｐ＜０．０５），其中玉米秸秆炭２．２５％施用量处理（ＣＳＢ２）、猪粪炭２ ２５％施用（ＰＭＢ２）对于各粒径团聚体重组有机碳
含量的提升在所有处理中效果较好。

２．４　生物质炭施用对各粒径团聚体碳氮比的影响
从不同粒径团聚体及重组碳氮比（图５）可以看出，＞０．２５０ｍｍ与０．２５０～０．０５３ｍｍ等２个粒径团聚体中的碳氮比显著低于＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体，
＞０．２５０、０．２５０～０．０５ｍｍ粒径团聚体中碳氮比分别为３．４～１０．４５、２．８６～６．３０。

而各粒径之间重组碳氮比总体未有显著差异，且＞０．２５０ｍｍ与０．２５０～０ ０５３ｍｍ２个粒径团聚体中原土碳氮比显著小于重组部分碳氮比。

在原土碳氮比中，除０．２５０～０ ０５３ｍｍ粒径团聚体中碳氮比随猪粪炭施用量增加减小以外，其他处理土壤碳氮比均随着施用量增
加而增高。

＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体重组组分施炭处理碳氮比除猪粪炭处理随着施用量增加而显著提高，秸秆炭处理碳氮比未随着施用量变化而显著变化；０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体重组组分中，施炭处理碳氮比变化趋势与＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中重组组分相反，仅猪粪炭施用处理未随施用量变化而显著变化；＜０．０５３ｍｍ重组部分施炭处理碳氮比仅玉米秸秆炭处理施用量增加而显著提高，其他２种生物质炭处理施用量变化未对重组碳氮比产生显著影响。

团聚体与重组部分＜０．０５３ｍｍ粒径中猪粪炭处理土壤的碳氮比均相比对照（ＣＫ）未有显
著变化。

各粒径团聚体和重组土壤中碳氮比与贡献率的相关性分析结果见表３，生物质炭施用对于土壤
各粒径团聚体理化性质有不同程度的改变，在＞０．２５０ｍｍ粒径中，团聚体与重组土壤碳氮比与
贡献率之间为显著弱相关；而在０．２５０～０．０５３ｍｍ与＜０．０５３ｍｍ粒径中，团聚体与重组土壤碳氮比与贡献率皆为不相关关系。

表３　各粒径团聚体与重组土壤中碳氮比与贡献率的相关性
粒径（ｍｍ）
碳氮比与贡献率的相关系数团聚体重组
＞０．２５００．４４０ ０．４７９ ０．２５０～０．０５３０．２５７０．３２１
＜０．０５３０．０７００．１０３
注： 表示通过双尾检验（ｎ＝２４）在０．０５水平上显著相关。

３　讨论
３．１　生物质炭施用对红黄壤土壤团聚体粒径分布的影响
土壤大团聚体的胶结是由微生物活动、植物根系、气候等多种因素相互作用而综合影响的过程，高占比的大团聚体意味着土壤团粒胶结具有非常强的稳定性，对于土壤中植物根系、雨水侵蚀有着较强的抵抗能力［２３］。

本研究结果显示，在红黄壤施用２年生物质炭的情况下，所有生物质炭处理均未能使土壤中＞０．２５０ｍｍ粒径水稳性团聚体的含量得到显著变化，这与王富华等的研究结果［２４］相似。

虽然破碎化的生物质炭本身作为多孔结构团聚着土壤中粒径较小的黏粒部分［２５］，且其表面所具有的如羟基、羧基等多种官能团所带有的电荷，可通过静电引力与矿物质颗粒相结合［２６］，形成稳定的土壤团粒结构，但是生物质炭是裂解产生的高度羧酸酯化固态物质，其芳香化结构是其保持稳定性的基础，微生物与自然环境难以分解这种惰性碳源使其更好地与土壤团粒胶结融合［２７］。

稳定性的土壤团聚体结构是胶结后的团粒经过外力的挤压选择而成的，生物质炭在施入土壤后对其理化性质的影响是一个长期的动态过程，无法在短期内通过影响植物根系与菌丝间接介导微团聚体向大团聚体胶结；且新开垦的红壤具有立地条件差、耕作层瘠薄的特点，耕作层中大量存在的石块导致胶结的大团聚体无法保持水稳性而破碎，无法形成稳定的大团聚体结构。

Ｐｅｎｇ等在向红壤施用稻草生物质炭的研究中并未发现生物质炭处理对于土壤中大团聚体的团聚作用产生影响［２８］，本试验结果与之相似。

但李江舟等的研究结果显示，土壤团聚结构对生物质炭用量反应明显，大团聚体占比得到有效提升［２９］。

这说明具有不同性质的土壤在不同施用水平的生物炭处理下呈现着多种团聚体结构组成［３０］，同时不同生物质的组织结构与内含物差异显著，这使得不同原料在不同热解温度下所产生的生物质炭也有着巨大的结构区别［３１］，因而对团聚体粒径分布影响效果不同。

３．２　生物质炭施用对红黄壤土壤团聚体与重组碳氮影响
生物质炭作为有机物料的热裂解产物，其本质仍是富碳的有机物质，施入农田土壤后，通过间接改变土壤结构促进土壤中腐殖酸等活跃有机组分的形成［３２－３３］，而且其多孔结构营造了微生物适宜的生存环境，通过对微生物活性的提升促进土壤“协同共代谢作用”机制，提升了有机碳含量。

土壤团聚体外部胶结的多种物质形成对于内部有机碳的有效物理保护并储存在其中。

安艳等的研究结果显示，土壤中所有粒径团聚体中有机碳含量均因生物质炭施用处理得到了有效提升，有机碳含量增加幅度与生物质炭的施用量显著正相关［３４］。

本研究也发现，不同类型生物质炭处理随着其施用量的增加显著提高各粒径土壤团聚体中的有机碳含量。

由于生物质炭作为以富碳为主要特点的土壤改良剂，本身也是为土壤碳库实现碳封存的重要参与者。

在本研究中，＞０．２５０ｍｍ和＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中有机碳含量最高，０．２５０～０．０５３ｍｍ粒径团聚体中有机碳含量最低，这与Ｈｕａｎｇ等的研究结果［３５］一致。

这表明大团聚体所存在的菌丝将部分稳定的生物质炭颗粒胶结其中，此粒径团聚体所提升的有机碳含量多为生物质炭本身的惰性碳源；同时大团聚体中含有较多的腐殖质等物质也影响了有机碳含量［３］。

重组有机质由于其稳定性强，无法像活性有机碳对于外界环境具有敏感的反应［１６］。

在本试验中，施用生物质炭也显著提升了重组部分的有机碳含量，但是相比于团聚体总有机碳的提升幅度具有显著的差异。

可能是生物质炭优异的比表面积提供了微生物的生存空间，微生物活性的提升进而影响了土壤中不同有机组分的活化。

氮是植物发育所必需的营养元素，可吸收的氮元素维持着植物生长活动过程中多种重要化合物的组成，因此土壤碳氮之间具备一定程度的耦合关联。

本试验结果显示，施用不同类型生物质炭处理与对照相比，新垦红黄壤根际土中各粒径团聚体全氮含量均得到了大幅度的提升，且猪粪炭对于全氮
含量提升最显著，说明生物质炭施用会有效固持土壤中的氮素，同时一定程度上影响其转化。

Ｄｏｙｄｏｒａ等研究认为，ｐＨ值较小的生物质炭施用后能降低土壤中５０％以上的氮素损失［３６］，这与本试验酸性生物质炭施用研究结果相似。

同时，由于猪粪炭制备原料中相较于其他生物质炭原料具有较高的氮含量，此处理为外加氮源，因此具有最显著的全氮含量。

此外，本研究中施炭处理重组有机碳中全氮含量相比对照也有显著提升，这说明生物质炭施用后，除本身对于氮素的吸附，还可能通过影响土壤环境进而增强微生物活性来间接动态影响土壤中的氮含量。

生物质炭的多孔结构为微生物提供了栖息环境与营养物质等碳源，提高了微生物合成氨基酸等代谢过程对氮的需求，进一步提升了固氮能力［３７］。

３．３　生物质炭施用对红黄壤土壤团聚体碳氮比与影响
土壤碳氮比与微生物对有机物的分解有着显著的关联，较高的碳氮比意味着土壤中对于碳源物质的分解不彻底，土壤碳库可以得到有效的积累［３８］。

本研究中秸秆类生物炭施用处理能显著提高新垦红黄壤农田土壤碳氮比，且随着施用量的增加会进一步增强碳氮比的提升效果；猪粪炭施用对于黏粒中碳氮比未产生影响。

这与前人的研究结果［３９］类似。

这表明生物质炭可以对土壤中碳源物质形成有效的积累作用，为新垦土壤中营养元素与土壤结构的提升产生积极的影响。

本研究发现，团聚体中碳氮比的变化并没有随着团聚体粒径的增大而有升高的趋势。

虽然土壤团聚体作为微生物生存的重要载体，土壤碳氮比的变化可能会通过影响微生物的活动而影响大团聚体的胶结程度，但不同粒径团聚体之间微生物也存在着一定的差异，使得土壤中碳氮固持和矿化有着差异，从而影响土壤的碳氮比。

４　结论
施用生物质炭未对新垦红黄壤团聚体粒径分布产生显著影响，土壤团聚体稳定性无明显变化，＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体占比最高，约５０％。

土壤有机碳含量与全氮含量在各粒径团聚体中随生物质炭的施用量增加而增加，施用猪粪炭对于各粒径团聚体中全氮含量增加效果最为显著，土壤有机碳主要分布在＞０．２５０ｍｍ粒径中，有机碳含量随着团聚体粒径的减小呈现“高—低—高”的趋势。

土壤团聚体重组组分中有机碳和全氮含量均是＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体中最高，且各粒径团聚体中生物质炭施用均显著增加其含量。

本次新垦土壤生物质炭施用研究中＜０．０５３ｍｍ粒径团聚体碳氮比最高，各粒径团聚体重组组分碳氮比相近，无显著差异，且原土与重组中仅＞０．２５０ｍｍ粒径团聚体中碳氮比与贡献率之间存在显著弱相关，其他粒径均不相关。

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